MPC2810 运动控制器用于数控火焰等离子切割机数控系统改造
1 数控改造背景
WKQ 系列数控火焰等离子切割机是山东莱芜煤矿机械有限公司于2002 年购进，由上海船舶工艺研究院设计研制生产的。该数控切割机采用西班牙FAGOR8040 CNC 数控系统控制，配以欧姆龙PLC 电气控制，并经过二次开发增加了一些辅助功能。从2009 年开始，该装置发生故障，系统工作不稳定，经常出现死机、黑屏等现象。
2 原因分析
经过技术人员和维修人员检查分析判断，是由于主板腐蚀老化，部分电器元件损坏造成的系统工作不稳定，出现死机、黑屏等现象。该设备曾经多次维修，但维修效果不明显。因此，公司决定进行数控系统改造，一是摆脱厂家束缚，降低维修成本，不耽误正常生产任务; 二是通过改造，锻炼员工技术能力，提高技能水平。
3 改造方案
改造前该数控切割机主要是由数控系统、机械部分、伺服系统、等离子电源四大部分构成。由于该设备机械性能精度、伺服系统、PLC 电气控制较好，因此决定对数控系统全面更新改造。采用工业控制计算机( 工控机) 、运动控制卡、I /O 输入输出卡和数控切割控制软件即可彻底完成对该切割机的改造，并达到使用要求。数控切割机数控系统组成
3. 1 硬件方面
1) 增加MPC2810 运动控制卡、P62 － 02 转接板、继电器、连接电缆。
2) 安装有WindowsXP 操作系统的工控机( PC) ，具有PCI 插槽。
3) 保留伺服驱动器和伺服电机。
4) 保留等离子电源、电流控制器。
5) 去掉原操作台数控系统、磁盘机。
3. 2 软件方面
3. 2.
1 MPC2810 软件安装
由于操作系统Windows XP 支持即插即用，当MPC2810 卡正确插入PCI 插槽时，操作系统启动后将会自动检测到PCI 卡，此时可按照以下步骤完532011 年6 月煤炭工程制造工艺成驱动程序安装。
1) 系统检测到MPC2810 后会提示找到“Unknown PCI Device”，此时单击“取消”。
2) 运行安装盘根目录下的MPC2810 安装程序，跟随安装向导单击“下一步”，直到完成。安装完成后，将在安装目录( 默认安装目录为\Program Files) 下自动生成“MPC2810”文件夹，其目录树如图2 所示。图2 MPC2810 目录结构3. 2.
2 SmartMove 切割控制软件安装
1) 工控机要求先装好Windows XP 操作系统。
2) 再安装数控套装软件。
插入安装U 盘后，运行U 盘上的“\ smCut_Setup”目录下的“Setup. exe”，等弹出安装对话框后，点击“安装正式版”开始安装控制软件。“c: \ SmartMove \ g”目录下，是G 代码切割文件，它主要存放由G 代码所生成的G 代码文件。主运行程序为: “c: \ SmartMove \ Exe
\smCut． exe”。另外，由于原来使用的自动编程套料软件是由发思特软件开发的FASTCAM 排料系统，生成的文件扩展名转换为G 代码格式，所以经过调整为SmartMove 切割控制软件能识别的文件格式。
4 改造工作过程及步骤
1) 首先介绍P62 － 02 转接板及部分引脚定义。P62 －02 转接板就是集成了MPC2810 卡所有专用和通用输入输出信号的外部引脚，如图3 所示。
转接板定义见表1。
2) 对于本次改造，该数控切割机为纵、横两
图3 P62 － 02 转接板示意图方向控制运动轨迹，因此只用到两个控制轴接口。纵向为双驱动( X、U 轴驱动) ，对应两台伺服驱动器( 日本松下A 系列) ，两台伺服共同使用P62 －
02 转接板的控制轴1 接口AXIS1，为了保证同方向运行，通过更改驱动器参数即可; 横向为Y 轴驱动，对应一台伺服驱动器( 日本松下A 系列) ，Y轴采用控制轴2 接口AXIS2。控制轴1 接口AXIS1，控制轴2 接口AXIS2 引脚定义见表2。
表1 转接板定义表
接口端子功能
CN1 连接运动控制器的DB62 接口
CN2 连接C4037 的DB37 接口
CN3 24 路通用输出接口
CN4 18 路通用输入及报警输入接口
CN5 24V 开关电源接口
ENC1 辅助编码器1 接口
ENC2 辅助编码器2 接口
AXIS1 控制轴1 接口( 脉冲、方向、原点、限位、减速等信号)
AXIS2 控制轴2 接口( 脉冲、方向、原点、限位、减速等信号)
AXIS3 控制轴3 接口( 脉冲、方向、原点、限位、减速等信号)
AXIS4 控制轴4 接口( 脉冲、方向、原点、限位、减速等信号)
表2 控制轴1 接口AXIS1，
控制轴2 接口AXIS2 引脚定义表
AXIS1 引脚说明AXIS2 引脚说明
D1 + 1 轴方向+ D2 + 2 轴方向+
D1 － 1 轴方向－ D2 － 2 轴方向－
P1 + 1 轴脉冲+ P2 + 2 轴脉冲+
P1 － 1 轴脉冲－ P2 － 2 轴脉冲－
DC5V + 5V 输出DC5V + 5V 输出
E1 + 1 轴正向限位E2 + 2 轴正向限位
E1 － 1 轴负向限位E2 － 2 轴负向限位
ORG1 1 轴原点输入ORG1 2 轴原点输入
SD1 1 轴减速输入SD2 2 轴减速输入
3) 然后制作连接P62 － 02 板卡九针插头及伺
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制造工艺煤炭工程2011 年6 月
服驱动器CN I /F 连接器。MPC2810 脉冲输出方式
默认情况下为脉冲方向模式( 位置控制模式) ，需
要对松下MINAS A 系列交流伺服电机驱动器CN I /
F 连接器一端进行改造( X/U 轴开关电源省略) ，
另一端串口九针插头只接4 个端子( 正负向限位通
过伺服驱动器功能解决) ，伺服驱动器其余接线端
子保持不变，如图4 所示。
4) 按图4 连接后，对伺服驱动器其中一些参
数进行调整，见表3。
表3 伺服驱动器参数表
参数号参数定义参数范围调整前调整后备注
r02 控制方式选择0 ～ 10 1 0 改为位置控制方式
r42 指令脉冲输入方式选择0 ～ 3 1 3 改为脉冲/方向指令方式
r41 指令脉冲逻辑取反0 ～ 3 0 2 指令方向信号取反
r46 第一指令脉冲分倍频分子1 ～ 10000 10000 10000 保持
r4A指令脉冲分倍频分子倍率0 ～ 17 0 3
r4B 指令脉冲分倍频分的分母1 ～ 10000 10000
8000
图4 X/Y/U 轴轴信号接法图
r02 = 0( 位置控制方式) ; r42 = 3( 脉冲/方向指
令方式) ; 当X、U 驱动器同步使用时，将U 驱动
器中调整为r41 = 2 ( 指令方向信号取反) 。r46 =
10000; r4A= 3; r4B = 8000; 使得满足式( 1) :
F = f × r46 × 2r4A
r4B = 10000 = 1000 × 10000 × 23
8000
( 1)
式中F———电机转一圈所需的内部指令脉冲数;
f———电机转一圈所需指令脉冲数。
当控制器的脉冲发生器能力不足而不能获得所
需速度时，可用倍频来增大指令脉冲频率。调整参
数后，使运行速度和运行距离满足使用要求。
5) 原伺服驱动器编码器信号( CN SIG) 不变，
保持伺服电机编码器反馈与伺服驱动器的联接。
6) 电气原理图图纸改进。①原操作台去掉。
重新制作电气操作台，用于放置工业PC 和19# 液
晶显示器，以及在新操作台面板开孔，用于安装以
下控制信号。如电源开、电源关、伺服开、伺服
关、火焰等离子切换按钮、限位显示、报警器等，
如图5 所示。②P62 － 02 转接板CN5 端子D2，D3
接直流24V 电源。A 割炬电动调高控制通过P62 －
02 转接板CN3 输出口01，02 输出0V，驱动2 个
中间继电器，COM1 － 8 接外部+ 24V 电源，常开
点分别与PLC 上输出01204，01205 对应接入，操
作PC 控制界面的升、降来实现A 割炬上升下降。
③点击界面“预热”对应输出口05、07，分别对
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2011 年6 月煤炭工程制造工艺
图5 数控切割机电气操作台图
应预热氧和燃气、低压预热氧总阀; 点击“点火”对应输出口05、06、07，即保持05、07 同时，06自动点火和燃气瞬间接通后断开; 点击“切割”对应输出口04、05、07、08，即保持05、07 同时，04、08输出，对应启弧和高压切割氧总阀。使用输出口04、05、06 驱动三只中间继电器，分别对应01106，01105，01104; 及对应A 切割阀、A 预热阀、A 点火阀; 对等接入，01104 接06，01105接05，01106 接04。电气原理改进图纸( 主要部分) 如图6 所示。④当界面切换为等离子模式时，点击“启弧”对应输出口04，为保证火焰和等离
子的切换使用，需进行如下改造: 增加转换按钮和一个中间继电器。等离子电源及电流控制器保持使用，若自动调高跟踪不使用，使用电动调高时将KA23 两个常开改为常闭接点，其他控制不变。横纵向移动如火焰切割方式。⑤增加横纵向电气正负向限位， 将原来接入PLC 的01002， 01003，01006，01007 分别接入X、U、Y 轴的CCWL、CWL。通过更改松下A 系列伺服驱动器参数即可完成。⑥磁盘机拆除不用，文件读取用U 盘，工
控机USB 接口读取。
图6 主要部分电气原理改进简图
5 升级改造后优点及使用效果
1) 操作简便。上电后，所有的操作用一个鼠标在电脑上操作即可完成。
2) 系统运行稳定。使用半年多，没有出现任何系统不稳定的故障。
3) 原磁盘机故障率高。磁盘读取速度慢，易坏、数据易丢失，磁盘制作不方便。使用U 盘读取方便快捷，效率极大提高。
4) 经济运行费用低。改造前，一年至少两次大修，维护费用约为2 ～ 4 万元，若计算误工时间造成损失，费用还要增加。改造后，投入费用低，此次改造总费用约1 万元，若厂家或外委升级改造需20 万元，故节省19 万元; 运行费用极低，几乎不需要维护，既不耽误工期，又提高效率，和原FASTCAM 套料软件兼容，输出文件直接使用。
